船舶吃水超限預警系統及預警方法
2023-04-28 01:23:16 1
專利名稱：船舶吃水超限預警系統及預警方法
技術領域：
本發明涉及一種過閘船舶吃水超限預警系統及預警方法，屬於測量技術領域。
背景技術：
長期以來，我國內河船閘日常作業的自動化水平較低，過閘船舶吃水深度的測量多根據 相關丈量規定依靠人工觀察的方法估算獲得，測量精度較低。水尺計量是其中應用最廣泛的 方法，水尺計量的精度與船舶結構、船舶吃水、壓載艙、船舶常數以及測量人員的專業素質 有很大關係，由於船舶噸位直接關係到船舶承運人的切身利益，船舶承運人瞞報船舶噸位、 塗改船舶載重線及船身油漆標尺的現象屢見不鮮，因此人工水尺計量不僅效率低下，而且測 量準確性較差，無法對吃水超限的船舶進行有效預警。而吃水超過定限度的船舶在通過船閘 時將與船閘底門檻發生一定程度的碰撞，嚴重損害船閘設施，危害船舶的行駛安全，造成不 必要的生命財產損失。同時，船舶主對船舶的自行改造，使得船型發展無序化，導致內河航 道中存在著一定數量的吃水超深船舶，加重了這一問題的危害性。
發明內容
本發明的目的則是針對上述現有技術的不足，提供一種成本低、測量準確的船舶吃水超 限預警系統及預警方法。
本發明採用的技術方案如下
一種船舶吃水超限預警系統，其特徵是它包括有安裝在船閘引航道一側的機電測量裝置 、LCD數據顯示模塊和數據分析處理模塊，數據分析處理模塊包括有單片機和測量信號採集 模塊組成，單片機的控制信號輸出端連接機電測量裝置4的控制信號輸入端，機電測量裝置 的信號輸出端連接測量信號採集模塊的信號輸入端，測量信號採集模塊與單片機雙向連接， 單片機的信號輸出連接還分別連接LCD顯示模塊、語音報警模塊和指示燈模塊的信號輸入端 ，在船閘遠方調度站內設有系統初始設置模塊，系統初始設置模塊的信號輸出端連接至單片 機的一個信號輸入端。
所述機電測量裝置包括方形轉軸，方形轉軸通過上下兩端的軸承豎直固定在船閘引航道 遠方調度站一側的河岸上，方形轉軸上套裝有L形測量杆，L形測量杆上部安裝有一個動滑輪 ，傳動帶一端固定於方形轉軸上，傳動帶另一端安裝到可動電機的輸出軸上，可動電機上安 裝於方形轉軸上部，方形轉軸上端安裝有轉動輪，轉動輪由固定電機驅動。在船閘弓1航道遠方調度站的一側側壁上方設有視頻採集裝置，在引航道河岸上設有聲光 報警裝置，聲光報警裝置的控制信號輸入端連接指標燈模塊控制信號輸出端。 所述L形測量杆的橫向長度大於引航道寬度的一半。 本發明採用上述預警系統的預警方法技術方案如下
一種船舶吃水超限預警方法，其特徵是沿方形轉軸做抬升運動狀態時，L型測量杆在可 動電機的帶動下沿方形轉軸勻速上升，記測杆勻速上升的速度v，以L形測量杆開始抬升時為 計時零點，以L形測量杆觸碰到船體返回為計時終點，記錄其上升的時間t，得出L形測量杆 的上升高度hl;船底高程H3^2+hl，其中H2為L形測量杆至引航道底部的距離，S口L形測量杆 的水平測杆初始位置所在的高程；通過比較船閘門檻高程H1與船底高程H3的大小，判斷船舶 吃水是否超限。
固定電機和可動電機正常工作時，通過電路的電流為額定電流；當電機受到阻力停止轉 動時，電路中產生堵轉電流，電路中電流突然增大；通過變阻器調節測量信號採集模塊的靈 敏度和範圍，設定一個用於電壓比較器比較的固定電壓U1，固定電阻用於將通過電機的堵轉 電流轉化為電壓U2，當U1大於U2時，電壓比較器輸出為低電平，電機正常轉動；當U1小於U2 時，輸出高電平，電機停止轉動，表明水平測杆已觸碰到船體，測量信號採集模塊將所得信 號反饋給單片機，單片機控制機電測量裝置返回至初始狀態，並對接收到的測量信號進行處 理，在LCD數據顯示模塊和聲光報警裝置中輸出結果。
本發明的有益效果有
1、 本發明能快速準確地測量出過閘船舶的船底與船閘門檻的相對高程，判斷船舶吃水 是否超限，對於吃水超限的船舶，運用聲光報警裝置予以警告，阻止其繼續通行。相對測量 效率低下、測量誤差較大的人工測量方法，具有吃水測量精確，預警準確，自動化程度高等 優點。
2、 提高船閘的運營效率，通過阻止吃水超限的船舶過閘，保護船閘門檻等設施，有效 降低維護成本，延長船閘使用壽命。
3、 是一種廣泛適用於各種通航船閘的船舶吃水深度測量與吃水超限預警系統。
圖l為本發明的系統工作結構示意圖。 圖2為本發明中機電測量裝置的結構示意圖。 圖3本發明的工作流程示意圖。
具體實施例方式
5下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步地說明
如圖l-3所示，本發明船舶吃水超限預警系統包括設置在船閘引航道遠方調度站一側 側壁上方的一個視頻採集裝置l;設置於船閘遠方調度站內的系統初始設置模塊2;設置在引 航道一側側壁上的一個機電測量裝置4;設置於船閘遠方調度站內的一個LCD數據顯示模塊5 ;設置在引航道河岸上的一個聲光報警裝置6; —個用於接收系統初始設置模塊輸入的數據 、控制機電測量裝置工作、控制LCD數據顯示模塊顯示數據和聲光報警裝置工作的數據分析 處理模塊3。
本發明將船舶停船交費的區域設置為測量區域，視頻採集裝置l設置於航道岸邊，用於 獲取船舶到達測區的信息，船閘遠方調度站內的工作人員根據船舶到達信息，按鍵啟動系統 進入工作狀態。
本發明系統電路包括系統初始設置模塊2、數據分析處理模塊3、機電測量裝置4、 LCD顯 示模塊5、聲光報警裝置6及電源電路7。其中，系統初始設置模塊2用於輸入船閘門檻高程加 一定的富裕水深所在位置的高程H1，並輸入水平測杆底高程H2。數據分析處理模塊3主體為 單片機3-l，同時包括測量信號採集模塊3-2;上述單片機3-l接收經過信號採集模塊處理3-2 的測量信號，分析處理後，在LCD數據顯示模塊5和聲光報警裝置6中輸出結果；上述測量信 號採集模塊3-2，包括電壓比較器3-2-l、固定電阻3-2-2和變阻器3-2-3，通過變阻器3-2-3 調節測量信號採集模塊3-2的靈敏度和範圍，設定固定電壓U1，固定電阻3-2-2用於把通過電 機的電流轉化為電壓U2，電壓比較器(3-2-1)比較兩個電壓的相互關係，分析處理後，把 所得結果輸出給單片機3-l;機電測量裝置4包括可動部分4-l和固定於河岸的電機4-2，可動 部分包括L型測量杆4-1-1、方形轉軸4-l-2、傳動裝置4-l-3及可與方形轉軸4-l-2—同做水 平繞軸轉動的電機4-l-4。方形轉軸4-l-2由兩個軸承固定於河岸，帶動L型測量杆4-1-1做水 平繞軸轉動，L型測量杆4-l-l沿方形轉軸4-l-2做垂直升降運動。L形測量杆的橫向長度可設 置成大於引航道寬度的一半，以保證其橫向水平杆能接觸到過往船舶的最底端，防止出現從 船體側部滑過的情況發生。LCD顯示模塊5用於顯示船舶吃水是否超限。聲光報警裝置6由語 音報警模塊6-l、指示燈模塊6-2連接構成，整個裝置用於給出外圍聲光預警信息。電源電路 7為各電路提供工作電源。
本實施例的吃水超限預警系統的電路完全採用現有技術，以驅動一個機電傳動裝置為例 ，單片機3-l有具體型號為MSP430F2274的單片機Ul，具有型號為LM339的電壓比較器U2。
電源電路7是由電解電容C1-C4、變壓器T1、電阻R9、整流橋BRt以及穩壓器Ul、 U2連接 構成。電源電路7為各電路提供電源。單片機3-l的P1.0 1.7口與系統初始設置模塊2的非編碼矩陣鍵盤電路相連。通過鍵盤 將初始設置信息輸入單片機3-l;
單片機3-l的P2. 5、 P2.6口分別與電壓比較器3-2-l的14、 13口相連，電壓比較器3-2-l 的參考輸入電壓由變阻器3-2-3調節分壓設置；
單片機3-l的P2. 0 2. 3口與電機驅動模塊相連，再分別與固定電機4-2和可動電機4-l-4 相連，以驅動機電測量裝置工作；
LCD顯示模塊5由LCD顯示晶片與單片機3-1相連，LCD顯示晶片具有型號為1602的LCD顯示 晶片U3;
單片機3-l的P4.0、 P4. 1口分別驅動繼電器K1和K2線圈通斷，繼電器K1、 K2的常開接點 分別與通行和限行指示燈相連，兩個指示燈L1、 L2分別發出紅、綠兩種不同顏色的光以便區 別。語音報警模塊5-l具有型號為PM60的語音集成模塊U4，單片機3-l的P4. 2口與上述U4的K1 口相連，上述U4的SPP、 SPN埠與揚聲器連接；
本發明的具體工作過程如下
在船閘引航道遠方調度站一側的水域中設置一塊測量區域，視頻採集裝置獲得船舶到達 測區的信息，船閘遠方調度站內的工作人員按鍵啟動系統進入工作狀態；數據分析處理模塊 控制機電測量裝置進入工作狀態，方形轉軸帶動L型測量杆做水平繞軸轉動，若在此過程中 ，L型測量杆的水平測杆部分觸碰到船體，則表明該船體嚴重超載，機電測量裝置返回初始 狀態，在LCD數據顯示模塊中顯示結果，系統啟動聲光報警裝置進行報警，直至人工操作復 位鍵，報警結束，系統結束工作；若L型測量杆的水平測杆在水平轉90。後未探測到船體， 則測杆開始在垂直方向沿方形轉軸做抬升運動，直到觸碰到船底，反饋感應信號，機電測量 裝置返回初始狀態；數據分析處理模塊處理接收到的感應信號，得出該船體的吃水深度、超 載程度，並在LCD數據顯示模塊中顯示結果，如若船舶吃水深度超過船閘所設限度，系統啟 動聲光報警裝置進行報警，直至人工操作復位鍵，報警結束，系統結束工作。
L型測量杆的水平測杆部分，初始狀態沿與航道側岸平行方向設置於航道側邊一定水深 處，其與航道底部的距離視船閘的實際情況而定， 一般為0.2 0.4m，初始位置所在高程稱 為水平測杆的底高程，通過系統初始設置模塊輸入系統，記為H2;水平測杆的長度視船閘的 設計船型來定，以設計船型寬度的一半加船舶與岸邊的富裕寬度，記為L。
沿方形轉軸做抬升運動狀態時，L型測量杆在電機的帶動下沿方形轉軸勻速上升；記測 杆勻速上升的速度為v，以測杆開始抬升時為計時零點，以測杆觸碰到船體返回為計時終點 ，記套筒上升的時間為t，則測杆的上升高度為hhvt;船底高程H3^2+hl通過比較船閘門檻高程H1與船底高程H3的大小，判斷船舶吃水是否超限。
固定電機和可動電機正常工作時，通過電路的電流為額定電流；當電機受到阻力停止轉 動時，電路中產生堵轉電流，電路中電流突然增大；通過變阻器調節測量信號採集模塊的靈 敏度和範圍，設定一個用於電壓比較器比較的固定電壓U1，固定電阻用於把通過電機的堵轉 電流轉化為電壓U2。當U1大於U2時，電壓比較器輸出為低電平，電機正常轉動；當U1小於U2 時，輸出高電平，電機停止轉動，表明水平測杆已觸碰到船體，測量信號採集模塊將所得信 號反饋給單片機，單片機控制機電測量裝置返回至初始狀態，並對接收到的測量信號進行處 理，在LCD數據顯示模塊和聲光報警裝置中輸出結果。
本發明中涉及的未說明部份與現有技術相同。
權利要求
1.一種船舶吃水超限預警系統，其特徵是它包括有安裝在船閘引航道一側的機電測量裝置、LCD數據顯示模塊和數據分析處理模塊，數據分析處理模塊包括有單片機和測量信號採集模塊組成，單片機的控制信號輸出端連接機電測量裝置4的控制信號輸入端，機電測量裝置的信號輸出端連接測量信號採集模塊的信號輸入端，測量信號採集模塊與單片機雙向連接，單片機的信號輸出連接還分別連接LCD顯示模塊、語音報警模塊和指示燈模塊的信號輸入端，在船閘遠方調度站內設有系統初始設置模塊，系統初始設置模塊的信號輸出端連接至單片機的一個信號輸入端。
2.根據權利要求l所述的船舶吃水超限預警系統，其特徵是所述機電 測量裝置包括方形轉軸，方形轉軸通過上下兩端的軸承豎直固定在船閘引航道遠方調度站一 側的河岸上，方形轉軸上套裝有L形測量杆，L形測量杆上部安裝有一個動滑輪，傳動帶一端 固定於方形轉軸上，傳動帶另一端安裝到可動電機的輸出軸上，可動電機上安裝於方形轉軸 上部，方形轉軸上端安裝有轉動輪，轉動輪由固定電機驅動。
3.根據權利要求1或2所述的船舶吃水超限預警系統，其特徵是在船 閘引航道遠方調度站的一側側壁上方設有視頻採集裝置，在引航道河岸上設有聲光報警裝置 ，聲光報警裝置的控制信號輸入端連接指標燈模塊控制信號輸出端。
4.根據權利要求1或2所述的船舶吃水超限預警系統，其特徵是所述L 形測量杆的橫向長度大於引航道寬度的一半。
5. 一種應用權利要求l所述預警系統的船舶吃水超限預警方法，其特 徵是沿方形轉軸做抬升運動狀態時，L型測量杆在可動電機的帶動下沿方形轉軸勻速上升， 記測杆勻速上升的速度v，以L形測量杆開始抬升時為計時零點，以L形測量杆觸碰到船體返 回為計時終點，記錄其上升的時間t，得出L形測量杆的上升高度hl;船底高程H3^2+hl，其 中H2為L形測量杆至引航道底部的距離；通過比較船閘門檻高程H1與船底高程H3的大小，判 斷船舶吃水是否超限。
6.根據權利要求5所述的船舶吃水超限預警方法，其特徵是固定電 機和可動電機正常工作時，通過電路的電流為額定電流；當電機受到阻力停止轉動時，電路 中產生堵轉電流，電路中電流突然增大；通過變阻器調節測量信號採集模塊的靈敏度和範圍 ，設定一個用於電壓比較器比較的固定電壓U1，固定電阻用於將通過電機的堵轉電流轉化為 電壓U2，當U1大於U2時，電壓比較器輸出為低電平，電機正常轉動；當U1小於U2時，輸出高 電平，電機停止轉動，表明水平測杆已觸碰到船體，測量信號採集模塊將所得信號反饋給單 片機，單片機控制機電測量裝置返回至初始狀態，並對接收到的測量信號進行處理，在LCD 數據顯示模塊和聲光報警裝置中輸出結果。
全文摘要
本發明涉及一種船舶吃水超限預警系統及預警方法，預警系統包括設置在船閘引航道遠方調度站一側側壁上方的一個視頻採集裝置；設置在引航道一側側壁上的機電測量裝置、聲光報警裝置、LCD數據顯示模塊；用於接收系統初始設置模塊輸入的數據、控制機電測量裝置工作、控制LCD數據顯示模塊顯示數據和聲光報警裝置工作的數據分析處理模塊。本發明能快速準確地測量出過閘船舶的船底與船閘門檻的相對高程，判斷船舶吃水是否超限，對於吃水超限的船舶，運用聲光報警裝置予以警告，阻止其繼續通行，具有吃水測量精確，預警準確，自動化程度高等優點，有效降低維護成本，延長船閘使用壽命，保證過閘船舶的行駛安全，適用於各種通航船閘。
文檔編號B63B39/00GK101628612SQ20091030582
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月19日 優先權日2009年8月19日
發明者曦 馮, 婁保東, 正 楊, 管大為, 達 陳, 陳波濤 申請人:河海大學